Weißer Zwerg: Doppelte Detonation eines Sterns

Spannende Erkenntnisse eines Astronomen-Teams. Dieses konnte erstmalig den sichtbaren Beweis für eine doppelte Explosion eines Sterns an seinem Lebensende erbringen. , dass ein Stern sein Ende durch zwei Explosionen gefunden hat. Bei der Untersuchung der jahrhundertealten Überreste der Supernova SNR 0509-67.5 mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) haben sie Muster entdeckt, die bestätigen, dass der Stern mit zwei Explosionen endete.

Sterne enden als Supernova

Sterne enden, wenn der Kernbrennstoff zur Fusion aufgebraucht ist, in der Regel durch eine Explosion als Supernova und kollabieren dann zu einem Neutronenstern. Zurück bleibt dann auch eine Wolke, die bei der Explosion ins Universum geschleudert wird. Massereiche Sterne erleben eine Explosion als Supernova, und das war es.

Nun sind Astronomen auf eine wichtige Variante gestoßen: Weiße Zwerge können, wenn sie ihren Kernbrennstoff verbrannt haben, als Supernova vom Typ Ia enden. "Die Explosionen von Weißen Zwergen spielen eine entscheidende Rolle in der Astronomie", erläutert Priyam Das, Doktorand an der University of New South Wales Canberra in Australien, der die in Nature Astronomy veröffentlichte Studie zu SNR 0509-67.5 leitete.

Ein Großteil des aktuellen Wissens über die Expansion des Universums beruht auf Supernovae vom Typ Ia, die auch die Hauptquelle für das Eisen auf der Erde sind. "Doch trotz ihrer Bedeutung ist das seit langem bestehende Rätsel um den genauen Mechanismus, der eine solche Explosion auslöst, noch immer ungelöst", fügt Priyam Das hinzu.

Alle Modelle, die Supernovae vom Typ Ia erklären, gehen von einem Weißen Zwerg in einem Doppelsternsystem aus. Wenn die Umlaufbahn um den anderen Stern eng genug ist, kann er ihm Materie entziehen. Nach der etabliertesten Theorie zu Supernovae vom Typ Ia sammelt der Weiße Zwerg Materie von seinem Begleiter, bis er eine kritische Masse erreicht, bei der er eine einzige Explosion durchläuft.

Doppelexplosion bei Supernovae vom Typ Ia

Jüngste Studien deuten jedoch darauf hin, dass zumindest einige Supernovae vom Typ Ia besser durch eine doppelte Explosion des Sterns erklärt werden könnten. Die Explosion wird ausgelöst, bevor der Stern diese kritische Masse erreicht.

Astronomen des Teams haben ein neues Bild der Überreste einer Nova aufgenommen, das ihre Vermutung bestätigt: Zumindest einige Supernovae vom Typ Ia explodieren stattdessen durch einen "Doppeldetonationmechanismus". In diesem alternativen Modell bildet der Weiße Zwerg eine Hülle aus "gestohlenem" Helium um sich herum, die instabil werden und sich in einer Kernfusion entzünden kann. Diese erste Explosion erzeugt eine Stoßwelle, die sich um den Weißen Zwerg herum und nach innen ausbreitet und eine zweite Detonation im Kern des Sterns auslöst – wodurch schließlich die Supernova entsteht.

Bislang gab es keine eindeutigen sichtbaren Beweise für eine doppelte Detonation eines Weißen Zwergs. Kürzlich hatten Astronom und Astronominnen allerdings prognostiziert, dass dieser Prozess ein charakteristisches Muster oder einen Fingerabdruck in den noch glühenden Überresten der Supernova hinterlassen sollte. Dieses Muster sollte noch lange nach der ersten Explosion sichtbar sein. Studien deuten darauf hin, dass die Überreste einer solchen Supernova zwei separate Kalziumschalen enthalten würden.

Astronomen aus dem oben genannten Team haben nun genau diesen Fingerabdruck in den Überresten einer Supernova gefunden. Ivo Seitenzahl, der die Beobachtungen leitete und zum Zeitpunkt der Studie am Heidelberger Institut für Theoretische Studien tätig war, erläutert: Die Ergebnisse seien "ein klarer Hinweis darauf, dass Weiße Zwerge weit vor Erreichen der berühmten Chandrasekhar-Massengrenze explodieren können und dass der Mechanismus der ‚Doppeldetonation' tatsächlich in der Natur vorkommt".

Überreste der Supernova  SNR 0509-67.5, Quelle: ESO/P. Das et al. Background stars (Hubble): K. Noll et al.

Das Team konnte diese Kalziumschichten (in obiger Abbildung blau dargestellt) in den Überresten der Supernova SNR 0509-67.5 nachweisen, als sie diese mit dem Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) am VLT der ESO beobachtete. Dies liefert starke Hinweise darauf, dass eine Supernova vom Typ Ia auftreten kann, bevor ihr Weißer Zwerg eine kritische Masse erreicht.

Supernovae vom Typ Ia sind für unser Verständnis des Universums von entscheidender Bedeutung. Sie verhalten sich sehr konsistent, und ihre vorhersagbare Helligkeit – unabhängig davon, wie weit sie entfernt sind – hilft Astronomen, Entfernungen im Weltraum zu messen. Mit ihnen als kosmisches Maßband entdeckten Astronomen die beschleunigte Expansion des Universums, eine Entdeckung, die 2011 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde. Die Untersuchung ihrer Explosionsmechanismen hilft zu verstehen, warum sie eine so vorhersagbare Helligkeit haben.

Es gibt aber noch einen weiteren Grund, diese Explosionen zu untersuchen: „Dieser konkrete Beweis für eine doppelte Detonation trägt nicht nur zur Lösung eines langjährigen Rätsels bei, sondern bietet auch ein visuelles Spektakel", sagt Das und beschreibt die „wunderschön geschichtete Struktur", die eine Supernova erzeugt. Für ihn ist es „unglaublich erhellend, die inneren Vorgänge einer so spektakulären kosmischen Explosion aufzudecken".

Der Originaltext mit Bildern und Videos lässt sich hier abrufen. Die Arbeit mit dem Titel "Calcium in a supernova remnant shows the fingerprint of a sub-Chandrasekhar mass explosion" soll in der Fachzeitschrift Nature Astronomy erscheinen.